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《物理化學》課程教學改革與探索
《物理化學》課程教學改革與探索1
針對目前物理化學教學中存在的實際問題,從教學內容和教學方法兩個方面對物理化學教學改革進行了探討.在教學內容上注重課程內容的'實用性、前沿性和趣味性;在教學方法上注重以學生為為主俸,注重堵養(yǎng)學生的科學思維方法和創(chuàng)造力.
《物理化學》課程教學改革與探索2
高等教育結構調整是當前國家教育發(fā)展的主要任務，教育發(fā)展規(guī)劃綱要提出要建立高等教育分類管理體系，要加快建設現(xiàn)代職業(yè)教育體系。然而，現(xiàn)有的課程教學體系及教學方法、模式等已不適應應用技術轉型發(fā)展，需要對其進行改革。本文以遼東學院輕化工程系專業(yè)基礎課程《物理化學》作為分析對象，就大學應用技術轉型發(fā)展，提出物理化學課程教學存在的問題及教學改革的內容。為構建新型的課程教學體系，提供參考。
一、現(xiàn)有教學存在的問題
物理化學是由物理、化學、數(shù)學等知識構成的一門理論基礎課程，包括化學熱力學、動力學、結構化學等基礎理論，研究宏觀、微觀規(guī)律�，F(xiàn)有的本科專業(yè)物理化學課程教學，包括物理化學理論學習和實驗教學。物理化學理論課程主要講授理論知識、原理，物理化學實驗教學通過實驗現(xiàn)象來驗證理論，并對實驗現(xiàn)象進行分析、解釋。物理化學課程是一門理論性非常強的課程，很難將其與實際相聯(lián)系，然而，物理化學所包含的理論知識在實際應用過程中又廣泛存在。與其他以應用為目的的課程，具有本質的不同，實際應用更注重最終結果，很少對于原理、規(guī)律進行探討研究，這導致物理化學知識在實際應用中很難體現(xiàn)。社會、企業(yè)需求人才與現(xiàn)有高校培養(yǎng)的人才嚴重不匹配，因此，必須進行應用技術型轉型發(fā)展。應用技術大學轉型發(fā)展，是當前部分高校為適應社會發(fā)展、企業(yè)需求而提出的變革性改革。物理化學課程作為一門理論基礎課程，更需要轉型發(fā)展，以應用為中心開展教學。基于應用技術型轉型發(fā)展這一主題，提出物理化學課授課內容、授課方式、考核方式的改革措施。
二、課程教學改革的內容
1.授課內容改革
現(xiàn)有輕化工程專業(yè)物理化學課程授課內容大體包括熱力學、動力學、電化學、膠體化學等理論。其優(yōu)點是知識體系具有高度的完整性、相關性、系統(tǒng)性，知識體系完善，即使是18世紀形成的知識點、化學規(guī)律也系統(tǒng)的包含，因此，非常適用于知識的系統(tǒng)學習。然而，其缺點是現(xiàn)有物理化學課程內容的系統(tǒng)性、完整性與實際應用的廣泛性、局部性存在著嚴重的不匹配。在現(xiàn)有的課程內容中，熱力學部分是一個系統(tǒng)的知識體系，其中包含能量守恒定律、能量轉換及反應熱效率等系統(tǒng)知識，其中包含的熱力學參數(shù)有熱、功、內能、焓、熵、自由能等，這些知識系統(tǒng)，對于實際生產過程中的技術人員或操作人員，在實際應用過程中幾乎很少涉及。在企業(yè)生產過程中，企業(yè)的工人、技術人員只需按照正確的操作流程進行即可，而無需對工藝進行系統(tǒng)的分析、研究。即使企業(yè)在進行技術改進、創(chuàng)新過程中，涉及理論知識的應用分析，也僅是對部分理論的應用，不需要系統(tǒng)的知識體系。這些理論知識更適用于一個企業(yè)項目建設的前期工作，在企業(yè)還沒有進行生產時將某個實際項目中涉及的問題通過物理化學的理論知識進行系統(tǒng)的分析、研究。
基于以上分析可看出，高等教育教學的原則是以企業(yè)需求為中心。企業(yè)技術人員需要理論知識，但需要的程度可以是不系統(tǒng)的。對于應用技術型大學轉型發(fā)展，就是要適應企業(yè)的需求，那么，相應的課題內容也必然要與企業(yè)實際需求相匹配。地方本科院校，定位發(fā)展也是基于本地的需求，不同地區(qū)、不同企業(yè)對技術人員的要求是不同的，因此，物理化學課程教學內容應該是基于地方企業(yè)的需求，遼東學院輕化工程專業(yè)應該以遼寧地區(qū)相關企業(yè)需求為主，兼顧其他地區(qū)相關企業(yè)需求為輔來進行教學內容的改革。
因此，課程內容改革需要分成幾個階段，第一個階段是遼寧地方企業(yè)和其他地區(qū)企業(yè)技術人員需求知識的調研、總結。對相關企業(yè)調研，總結企業(yè)技術人員知識的構成體系，分析知識的需求重點。第二個階段是基于企業(yè)需求的物理化學課程教學內容制定，相關企業(yè)技術人員涉及的知識，則在物理化學教學內容改革時保留，并重點講授。對于企業(yè)不涉及的知識或涉及較少的知識，僅是從學習角度，體現(xiàn)物理化學完整性的知識，可作為學生輔助學習知識。第三個階段是不斷完善、更新教學內容。社會進步、企業(yè)發(fā)展、產品更新、工藝改進，必然涉及知識的更新，因此，課題教學內容的更新，是對企業(yè)需求的不斷完善。
2.授課方式改革
現(xiàn)有的物理化學課程教學授課方式包括理論講授和實驗實踐教學。理論教學的優(yōu)點是通過學習學生可對物理化學知識進行系統(tǒng)的掌握，缺點是學生學習后，總是在問學了有什么用?實驗教學的優(yōu)點是將理論知識通過學生動手實踐來驗證、分析、應用這些理論知識，缺點是實踐方式死板、學生僅是為了驗證知識，而不是去應用知識。應用技術型大學的理論教學和實踐教學的優(yōu)點應該是與企業(yè)需求相匹配，然而，現(xiàn)有高等教學的優(yōu)點恰恰不是企業(yè)需求的。企業(yè)需求的恰恰是我們所最不具備的，也就是現(xiàn)有理論教學和實踐教學的.缺點。在授課內容滿足企業(yè)需求的基礎上，授課方式也需要進行改進�，F(xiàn)有理論教學授課方式的缺點是學生不知道學了有什么用，那么，在應用技術型轉型發(fā)展過程中，應通過理論授課告訴學生有什么用。與之對應的授課方式可考慮學校教師與企業(yè)兼職人員共同授課，校內教師講授基礎知識，企業(yè)兼職人員講授實際應用的知識，從而完善知識的傳授、應用。
現(xiàn)有的物理化學實驗課程按照實驗類型可分為驗證型、綜合型、設計型實驗，應結合企業(yè)的實際生產過程，增加創(chuàng)新型實驗，針對企業(yè)生產的某個實際工藝流程，對工藝流程進行了解、驗證、提出問題、應用理論知識分析問題、以理論知識解決實際生產問題。創(chuàng)新型實驗室可以是教師的研究課題中的某個工藝技術，也可以是一個企業(yè)生產中的一個流程，通過實驗，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。
3.考核方式改革
現(xiàn)有的理論課程教學考核形式以考試為主，以考察學生對知識的掌握為核心。優(yōu)點是可系統(tǒng)地評價學生對知識的掌握情況，缺點是不以知識的實際應用為核心。結合授課內容、授課方式，考核方式也應該以應用為主。考核的核心是在實際應用中的知識，因此，物理化學課程考試可包括理論知識的系統(tǒng)考試、實際應用知識考試、應用知識解決問題的考核三個部分，相應的成績包括平時考核(10%)、理論知識(20%)、企業(yè)應用知識(30%)、解決問題應用知識(40%)。
三、總結
通過以上對課程內容、授課方式、考核方式的分析，可看出，企業(yè)需求是現(xiàn)有應用技術大學課程體系的核心。用企業(yè)需求為核心向導的課程體系培養(yǎng)的學生，才有可能滿足社會、企業(yè)需求。
《物理化學》課程教學改革與探索3
物理化學課程是大學化學化工類各專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎課，是南京化工職業(yè)技術學院(簡稱南京化院)與南京工業(yè)大學合作的高職-普通本科分段培養(yǎng)(簡稱“3+2”)化工類專業(yè)的專業(yè)核心課程，也是轉段考試的必考科目之一。許多化工企業(yè)在招聘普通員工時，對員工的專業(yè)知識深度要求并不高，關鍵要看員工是否具備合理的基礎知識結構、較強的自我學習能力以及創(chuàng)新思維能力。物理化學不僅是化工專業(yè)核心課程，更重要的是在培養(yǎng)學生自我學習能力以及創(chuàng)新思維能力方面有著獨特的作用。作者以南京化院“3+2”應用化工專業(yè)的物理化學課程教學為例，分析高職物理化學課程的教學現(xiàn)狀及存在的問題，探索高職物理化學課程的教學改革，以期達到良好的教學效果。
1高職物理化學課程教學存在的問題
1.1物理化學教學要求高
在“3+2”應用化工技術專業(yè)高職人才培養(yǎng)方案中，物理化學課程理論課為88～96學時，實驗課24學時，安排在第二學年的第3、4學期開設，參照采用南京工業(yè)大學本科物理化學(B)教學大綱，采用教材為天津大學編《物理化學》(第五版，上、下冊)。第3學期《物理化學》(一)理論課為44～48學時，需講授的內容主要有:氣體，熱力學第一定律，熱力學第二定律，多組分系統(tǒng)熱力學，化學平衡。第4學期《物理化學》(二)理論課為44～48學時，需講授的內容主要有:相平衡、電化學、界面現(xiàn)象、化學動力學。課程教學課時少，知識容量大，教學難度相當大。
1.2高職院校學生基礎薄弱
高職院校所招生源大多是高考低分段學生和中職畢業(yè)生，多數(shù)學生中學數(shù)理化基礎薄弱，學習主動性和自覺性較差，抽象思維和邏輯思維能力不強。許多學生對熱力學的一些基本概念如狀態(tài)函數(shù)、熵、熱力學第二定律表述等難以理解。盡管第一學年已經學習過了高等數(shù)學、物理、無機與分析化學等先修課程，可是有些學生連基礎物理知識和簡單的微積分運算也沒能很好掌握，遇到熱力學的功和熱的計算，不知如何下手。這些不利因素增加了物理化學教學的難度。
1.3物理化學傳統(tǒng)教法效果不佳
物理化學傳統(tǒng)教法是授課教師首先參照南京工業(yè)大學本科物理化學(B)教學大綱制定相應的課程教學計劃，熟練備課后，開始授課。由于教學課時少，內容多，教師上課以講授理論知識為主，上課進度比較快，滿堂灌，學生被動接受。物理化學中包含許多抽象概念，由數(shù)學推導得出的結論、公式，而公式的應用條件又是由具體的物理過程來決定。教師授課要先解釋基本概念，然后要進行基本理論闡述及公式推導，再講結論以及公式的應用，講例題(需板書)，最后再布置一定量習題讓學生課后復習。這種傳統(tǒng)教學方法對于那些數(shù)學物理基礎扎實、邏輯思維能力較強的學生比較適用，他們會上課專心聽講，認真思考，作筆記，課后認真復習記憶，但這些學習能力較強的同學只占少部分，不超過35%。多數(shù)高職學生不能適應這種快節(jié)奏的傳統(tǒng)教法，他們上課沒有作筆記的習慣，對物理化學教學中一些理論闡述及公式推導的反應是—不懂;有些學生甚至連完成課后練習都感到困難，時間一長，對物理化學的學習產生畏懼心理，失去興趣。采用這種傳統(tǒng)教學模式的結果是教師付出了辛勤勞動卻沒有收到良好的教學效果。
面對目前我校高職物理化學教學現(xiàn)狀及存在的問題，如何培養(yǎng)具備必需的物理化學基礎知識的高技術技能型人才?物化教師必須探索高職物理化學課程的教學改革，做好高職物理化學課程建設工作。
2高職物理化學課程教學改革的實踐
我國高職教育人才培養(yǎng)模式的基本要求是:高職教育必須面向地區(qū)經濟建設，適應社會發(fā)展和就業(yè)市場的實際需要，培養(yǎng)基礎理論知識適度，技術應用能力強、知識面較寬、素質高的高技術技能型人才;以“應用”為主旨構建課程和教學內容體系。因此，高職教育培養(yǎng)學生不能按照“學術型”人才來培養(yǎng)，高職院校專業(yè)基礎類課程的教學內容應當側重“實用性”，貫徹以培養(yǎng)綜合職業(yè)能力為導向的能力本位課程觀和教育觀。
2.1以“應用”為主旨來選擇教學內容
物理化學作為一門理論性較強的化工類專業(yè)基礎課，在高職段教學內容的選擇上應遵循“以應用為目的，以必需，夠用為度”的原則。原來參照采用的南京工業(yè)大學本科物理化學(B)教學大綱，與南京化院高職段培養(yǎng)目標存在差異，對高職生不適用，需調整。為此，物化教師重新制定了高職物理化學教學大綱和課程教學計劃，具體章節(jié)的教學內容、課時量以及教學要求也做了相應調整。具體做法是:(1)加強基本概念、基本原理及基本公式的教學;不再對教材內容面面俱到，突出教學重點，使學生牢固掌握物理化學的基礎知識，夯實基礎。簡化有關抽象概念的講授和復雜的教學推導，如熵函數(shù)的導出，麥克斯韋關系式，化學勢的多種表示式，開爾文公式的推導等，這些內容多數(shù)高職生很難理解和掌握，可少講或不講，減少一些課時。(2)注重物理化學基本原理及基本公式的應用;比如將物理化學原理與生產或生活實際相結合，補充應用例子，可以增加一些課時，使學生加深對基本原理的理解。(3)注重培養(yǎng)學生的自學能力與思維能力;增加一定量習題課，補充一些綜合應用思考題，讓學生能運用物理化學基本原理分析和解決實際問題。(4)標注一些提高性或拓展性的應用知識，讓學有余力的學生自學或教師選講，滿足學生長遠發(fā)展的知識需要和綜合能力的提高。
2.2以培養(yǎng)學生能力為導向來改進教學方法
多數(shù)高職學生剛開始學習物理化學的前兩個月，對化學熱力學的基本概念和計算公式模糊不清，學習很吃力。所以物化教師應徹底改變傳統(tǒng)的滿堂灌、學生被動學習的教學方法，要正確處理好教與學的關系，要以學生為主體，讓學生參與教學過程，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，激發(fā)他們的求知欲望，采取多種教學方法相結合來組織教學。
2.2.1精心組織教學，培養(yǎng)學生學習能力
由于物理化學教學課時有限，教師在授課前應正確把握授課內容的重點和難點，確定哪些重點內容需要精講，哪些內容略講，哪些內容可以讓學生自學，哪些內容需要討論學習等。如熱力學第一定律中PVT變化過程W、Q、△U、△H的計算，化學反應熱△rHm的計算，(Qp，m恒壓反應熱)與△rUm(QV，m恒容反應熱)的關系式Qp，m=QV，m△rHm-△rUm=∑BvB(g)·RT，以及基爾霍夫公式等屬于重點內容;熱力學第二定律中熵判據(jù)、吉布斯函數(shù)判據(jù)及其應用，恒溫過程吉布斯函數(shù)變量△G計算通式△G=△H-T△S等屬于重點內容，特別是公式△rGm=△rHm-T△rSm在化學反應方向判斷、化學平衡常數(shù)及平衡轉化率計算中廣泛應用，需要精講。因此，在課堂教學中應多舉一些計算化學反應△rGm的例子，并讓學生參與討論，判斷化學反應可能進行的方向。凡重點講授的內容均布置一定量的課后習題，讓學生通過解題來加深對物理化學基本原理及公式的理解記憶。
熱力學中麥克斯韋關系式、偏摩爾量與化學勢、逸度與活度等抽象內容只作簡要介紹。另一方面，對于在無機與分析化學中已經學習過的部分內容，如化學平衡常數(shù)表示式及平衡移動原理、動力學中的簡單級數(shù)反應特征、電化學中的電極電勢計算等，在物理化學中涉及時可以略講。對于那些教材闡述較為詳細學生又能讀懂的內容，如熱力學中可逆體積功、焦爾實驗、焦爾-湯姆遜實驗等可以預先布置思考題，安排學生帶著問題自學，然后下次課檢查學生的自學情況，就思考題的結論在課堂提問，認真自學過的同學自然會踴躍發(fā)言，最后由教師進行歸納總結。這樣既培養(yǎng)了學生的自學能力，又節(jié)省了課時，提高了課堂教學效率。
2.2.2加強習題訓練，培養(yǎng)學生思維能力
學生是教學的主體，教師是教學的主導。高職學生學習主動性和自覺性較差，思維能力不強，因此，教師在教學過程中要充分發(fā)揮學生的主體作用，采用啟發(fā)式教學法。首先，要注意培養(yǎng)學生主動學習的習慣。引導學生掌握正確的學習方法，如“課前預習→課堂筆記→課后復習”等;每次下課前都給學生布置一定量習題和思考題，同時下達預習任務。其次，教師應加強習題課、討論課的組織。在習題課上教師精選部分中等難度以上的習題來啟發(fā)學生思維，講解時重點放在解題思路與方法上;然后讓一、二名學生到臺上演算，最后教師進行總結，對學生演算的結果進行分析，若還有錯誤，就指出錯誤，并給出正確答案。通過習題課，要讓學生明白，正確理解公式而不是死記硬背是學好物理化學的關鍵，要真正掌握物理化學基本原理，演算一定量的'習題是必不可少的。
對于一些聯(lián)系化工生產實際的思考題，可以組織討論課來加以解決。如相平衡一章中，講完二組分實際溶液氣-液平衡相圖和精餾原理后，布置了兩個思考題:(1)為什么工業(yè)上常產生95%酒精?只用精餾含水酒精的方法是否可能獲得無水酒精?(2)常壓下若將環(huán)己烷(沸點80.7℃)和苯(沸點80.1℃)的混合物進行常規(guī)精餾，能否將二者分開?需采用什么辦法?讓學生上網查找文獻資料后再回答。討論課上教師采用啟發(fā)式教學，指出問題的關鍵所在:二組分實際溶液氣-液平衡相圖有什么特征?能形成最低恒沸物的二組分實際溶液精餾獲得什么產品?許多同學都能積極主動地在課堂上發(fā)表自己的見解，課堂氣氛活躍，教師最后再歸納總結答案:問題(1)在常壓下，H2O-C2H5OH二組分溶液能形成最低恒沸物(恒沸點78.1℃)，恒沸組成:含乙醇95.57%，而純乙醇的沸點為78.4℃，所以含水酒精用普通精餾方法是不可能獲得無水酒精的。問題(2)常壓下環(huán)己烷(沸點80.7℃)和苯(沸點80.1℃)的混合液能形成最低恒沸物(恒沸點77.3℃)，三個沸點相差太近，用常規(guī)精餾方法不可能將環(huán)己烷和苯分開�？梢约尤氲谌N組分丙酮(共沸劑)，由資料查出丙酮與環(huán)己烷能形成最低恒沸物(恒沸點53.1℃)，共沸精餾時丙酮與環(huán)己烷可以從塔頂蒸出，從而將環(huán)己烷和苯分開。聯(lián)系生產實際的課堂討論極大地提高了學生的學習興趣，加深了學生對物理化學原理的理解，提高了學生的思維能力。
2.2.3加強實驗教學，培養(yǎng)學生操作能力
重視實驗教學環(huán)節(jié)，加強學生的實驗技能和知識應用能力訓練，是高職院培養(yǎng)高素質技術技能型人才的關鍵。物化實驗是鞏固學生所學理論知識及提高應用能力的一個重要方法，同時有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。目前南京化院開設的物化實驗有:反應速率常數(shù)測定，反應平衡常數(shù)測定，物質燃燒熱的測定，雙組分氣-液平衡相圖測繪，以及電化學參數(shù)的測定等。物化實驗技能訓練，不僅包括基本操作能力、觀察并收集數(shù)據(jù)的能力;還包括處理實驗異常情況能力，處理實驗數(shù)據(jù)以及分析實驗結果的能力等。
實驗教學可以采用任務驅動法，讓學生探求實驗方法。例如，講完化學熱力學后，給學生布置任務:測定某個固體有機物的燃燒熱，要求學生提前寫好實驗方案。該實驗測定步驟較復雜，從樣品準備，點火絲的安裝，氧彈充氧到量熱計的安裝，溫度測量等每一步都需要學生仔細操作，并掌握一定的技巧，否則就會因點火不成功或燃燒不完全而引起實驗失敗。同時要求學生認真作好實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的觀測記錄。實驗完成后要求學生會運用已學過的△rHm與△rUm的關系式，以及基爾霍夫公式對實驗數(shù)據(jù)進行計算，得到的最終計算結果即是所測物質燃燒熱。學生通過圓滿完成燃燒值測定實驗，不僅培養(yǎng)了動手能力而且提高了運用熱力學理論解決實際問題的能力。學生在校期間，通過完成一定數(shù)量的物化實驗，可以掌握物理化學的基本實驗方法和思維方法，這對于學生將來走上工作崗位后進行創(chuàng)造性思維是十分有利的。
通過精選教學內容，改進教學方法，20xx級“3+2”應用化工專業(yè)學生的物理化學學習狀況有了較大改善。大多數(shù)同學都重視物理化學課程學習，對學過的物理化學基本概念、原理、公式有了較深刻印象;并且，大二第4學期《物理化學》(二)期末考試成績也提高了很多�？梢姡锢砘瘜W教學效果有了較大提高。
3結語
根據(jù)高職與普通本科分段培養(yǎng)“3+2”化工類專業(yè)人才培養(yǎng)目標，加強高職物理化學課程建設和實施教學改革;在教學中以學生為主體，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，有利于提高物理化學課程教學效果，有利于培養(yǎng)具備合理的基礎知識結構，具有較強的自我學習能力以及思維能力的高素質技術技能型人才。
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